量子史话（18）看不见的东西就是不存在？这句话对吗？

讲完了旧量子论，我们迎来了量子力学，量子力学不像牛顿力学只有一种形式，而是有三种形式，海森堡的矩阵力学，薛定谔的波动力学，以及费曼的路径积分。

这三种形式的量子力学在逻辑上都是完备的，在数学上也是等价的。不过矩阵力学不能为人们提供可视化的物理图像，描述起来非常的抽象，而且它的数学形式，也运用起来很困难，所以在解决实际问题的时候，很少用到矩阵力学。

波动力学的数学形式正好相反，人们对波动非常了解，水波就是我们常会看到的景象，而且波动力学的数学形式是微分方程，这是所有人都喜欢的一种数学形式，因此波动力学现在在量子力学中有着极端的重要性，大部分的教科书都会把波动力学作为量子力学的核心来讲解。

费曼的路劲积分创立的时间比较晚，大约在1948年到1950年间，在量子场论中用得比较多。

这三种力学形式各有各的优点，不过作为科普，我们只需要简单的了解下就可以了。最重要的是，也是大家比较感兴趣的应该是量子力学对世界本质的解释。也就是正统的根本哈根诠释。这个我们后面会着重讲到。

由于海森堡的矩阵力学是量子力学的第一种形式，波动力学是量子力学的核心，所以我将会用几个视频的时间，为大家介绍下这两种力学形式大致的创立过程。

好，进入正题，我们现在说，海森堡和他的矩阵力学。

1901年，沃纳·卡尔·海森堡出生于德国维尔茨堡，比泡利小了一岁，他这个人跟泡利的性格完全不同，泡利狂野、奔放、自信，海森堡安静，内敛，不那么自信，泡利喜欢酒吧，海森堡喜欢约朋友去郊外散步，很明显他们不是一个世界的人，不过它俩的关系还不错，毕竟是同班同学，还是同桌。

海森堡跟绝大部分的德国人一样，有着极强的民族自豪感和自尊心，在1919年一战结束以后，德国陷入了混乱，上中学的海森堡还参加过军事组织，他们的口号是保卫国家，建立新世界。

所以海森堡也是一个有革命思想的人，这也是为什么他在二战爆发以后，穿上了纳粹的军装，担任起了研究原子弹的重任，当时海森堡是这个研究组织的核心。

中学毕业的的海森堡面临着专业的选择，一直以来海森堡的数学还不错，决定去慕尼黑大学学习数学，在与林德曼教授见面的过程中，海森堡没入人家得法眼，直接被拒绝了。

海森堡就问他爹现在咋办？他爹是慕尼黑大学语言学方面的教授，就给老朋友索末菲打了声招呼，让把自己的儿子收了。

索末菲确实挺照顾海森堡的，他让18岁的海森堡参加高年纪的研讨班，还给海森堡说，坐在第三排的那位黑头发的学生很厉害，你多和他走动走动，向他学习。

海森堡就主动坐到了人家的旁边，这时他的脸上还长着青春痘，他就是沃尔夫冈·泡利，一个敦实、帅气的年轻小伙，她两的友谊就从这里开始了。

1922年的6月，海森堡有幸见到了玻尔，上个视频我们说过，这时的玻尔在歌根廷有场讲座，索末菲就带着自己的学生去了，泡利也专程从汉堡大学跑来看玻尔，它俩都是第一次见这位量子论的领头人。

在演讲结束以后，玻尔不仅找了泡利，还找了海森堡，他们两个在晚饭以后花了三个小时，徒步去了不远的山上，两个人到底谈论了啥，没人知道，但是海森堡后来说，他的科学事业正是从那个下午的散步开始的。当然玻尔也邀请了海森堡去研究所学习。

不过海森堡暂时是去不，因为索末菲对他另有安排，他让海森堡毕业以后去歌根廷给波恩当助手。

海森堡回到慕尼黑大学以后，没过多久，就完成了他的博士论文，在答辩的过程中发生了一件让海森堡感到羞愧的事，当时考核他的老师中有一个人叫威廉·维恩，就是提出黑体辐射维恩公式的人，他问了海森堡几个看起来是常识的问题，比如某台望远镜的分辨率是多少，电池组的工作原理，这些问题把海森堡直接问懵了，一个也答不上来。

作为实验物理学家的维恩觉得海森堡这孩子不行，准备给不及格，最后还是在索末菲的协调下，勉强给了海森堡倒数第二的分数。当年他的师哥泡利毕业的时候是最高的分数。

这件事让海森堡觉得自己变成了笑话，地上有个缝他都能钻进去，当天晚上一夜没睡，他觉得自己在慕尼黑待不下去了，天还没亮就逃往了歌根廷。

在随后的两年多里，海森堡就在波恩和玻尔之间来回串门，虽然有时身在歌根廷，但是心却在哥本哈根。

1924年的3月，海森堡第一次来到了玻尔研究所，在这里他脆弱的内心又遭受了一次不大不小的打击，玻尔研究所里每一个人都是个顶个的人才，能说会道，各国语言随意切换，只会说德语的海森堡，和人家交流起来都非常吃力，此情此景海森堡又不自信了，他开始怀疑自己够不够格到玻尔研究所工作。

而且刚去的两三天，他连玻尔的人影都见不着，自己像个傻子一样在研究所里晃悠，正当海森堡感到失望的时候，有一天玻尔快步的走进了海森堡的房间，给他说：哎呀，最近实在是太忙了，刚从外地回来，要不咱俩明天出去徒步旅游。海森堡非常高兴，这是他最喜欢的活动方式。

这次的徒步旅行，花了大约3天的时间，走了160公里，在这期间两个人聊了很多的问题，家长里短、人生哲学、国家大事、对战争的看法，就是没有聊物理学。

如果说第一次的徒步，海森堡是被玻尔的学识所吸引，那么这一次海森堡是深深地被玻尔这个人所吸引。从此以后他不仅把玻尔当成了自己的老师，更把玻尔当成了自己的朋友，长辈，真的是亦师亦友，如兄如父。

这次的哥本哈根之行只有短短的两周的时间，但海森堡把1924年的3月描述为“是上天送给他的礼物”。

同月海森堡就回到了歌根廷，9月得空又跑去了哥本哈根，这次待的时间比较长，于1925年的4月回到歌根廷。

海森堡在这段时间，从波恩那里学到了数学，从玻尔这里学到了物理学，他深刻地认识到了玻尔原子模型所面临的问题，急需一个更为基本的理论基础。

而且泡利也给了他很大的启发，让海森堡有了一个非常关键的思想，应该抛弃玻尔原子模型中那些不自然的假设，抛弃那些所有经典物理学的图像，抛弃那些我们观察不到的物理量，物理学应该从可观测的量入手，并以这些物理量为基础建立理论。

那么什么是不可观测的量？比如玻尔所说的电子轨道和能级，这些东西没有一个人看见过，你也测不出来，所以这些都是量子论中不自然的假设，应该把经典物理学所有的可视图像从原子中剔除。

简单来说，我们既然看不到电子的轨道，那就说明电子没有经典的轨道，即：看不到就是没有，或者说不存在！这个思想在量子力学中非常重要，凡是测量不到的物理量，在量子力学中均不予以承认，只有可观测的物理量才能进入物理学。

后面，我们在说到玻尔的互补原理的时候，这个思想还会进一步发展，即使是可观测的量，在测量之前，也认为它不存在。

海森堡的这个思想正好契合了奥卡姆剃刀原理，举个例子，比如有人告诉你说，这个世界上有鬼，但是你不能用任何手段测量到它，而且它也不会影响到你。

那么这个人说的鬼到底存不存在？按照奥卡姆剃刀原理，如果一件事物不能被我们感知到，那么就跟没有是等价的，因此，我们会直接断定这个世界上没有鬼。

那么什么是可观测的量？在原子中唯一的观测的量就是原子的发射光谱，也就是两个能级之间的能量差，是唯一能够测出来的。

量子力学的基础应该从原子发射光谱入手，推导出能够描述电子行为的理论。这一思想让海森堡1925年的4月开始重新审视氢原子的问题。

他不是要去重新构建原子模型，而是要构建一套更为基础的理论，并且能够从这套理论中自然而然地推导出氢原子的模型。

由于时间的问题，我们下节课在说海森堡发现的矩阵力学。